某核工程中壓壓縮空氣系統設計

詹翔鵬　戴俊

【摘 要】壓縮空氣作為一種重要的動力源，廣泛應用于普通工業生產，在核工業如核電廠、研究堆、試驗堆也有廣泛的應用。某核工程中壓壓縮空氣系統用于正常工況及緊急停堆工況供氣，本文介紹了該系統的設計，包括設計方案選擇、設計指標、流程描述、設備及材料選擇、控制等，為其他工程的壓縮空氣設計提供了參考。

【關鍵詞】核工程；壓縮空氣；系統設計

0 引言

壓縮空氣作為一種重要的動力源，廣泛應用于普通工業生產，在核工業如核電廠、研究堆、試驗堆也有廣泛的應用。核工業用氣用戶主要為氣動設備、氣動閥門、樹脂輸送、廢液輸送、維修用氣、安全殼密封性試驗等，部分工程事故工況下緊急停堆需用氣，因此壓縮空氣系統設計是否合理可靠對工程能否穩定正常運行、事故工況下能否停堆尤為重要。核工業壓縮空氣用氣壓力一般為低壓（1MPa以下），中壓、高壓壓縮空氣使用較少。本文介紹了某核工程中壓壓縮空氣系統設計，為其他工程類似壓縮空氣系統設計提供參考。

1 設計方案選擇

系統設計首先應選定工藝設計方案，而壓縮空氣系統設計方案取決于用戶用氣情況。設計時應仔細了解各用戶的用氣情況，包括最大用氣量、用氣壓力、持續時間、用氣頻次、用氣品質、可靠性要求等。用氣情況直接決定了所選擇的設計方案，表1比較了不同的用氣情況所對應的設計方案。

根據某核工程實際用氣情況和工程實際，供氣設計方案采用方案2：3套非安全級中壓空氣壓縮機組+2臺安全三級的中壓儲氣罐，流程圖見圖1。

2 系統主要設計指標

系統主要設計指標見表2：

3 流程描述

3套中壓成撬空氣壓縮機組并聯布置，中壓壓縮空氣經機組自帶的裝置干燥凈化后匯入進氣總管，進入2臺中壓儲氣罐；中壓儲氣罐通過供氣總管減壓后分別對用戶1和用戶2進行供氣。進氣總管設置了止回閥作為安全三級與非安全級的隔離邊界；用戶1為安全三級；用戶2管路為非安全級，正常運行時不用氣，通過一個安全三級常閉的球閥隔離。

空氣壓縮機組根據中壓儲氣罐后供氣總管壓力信號進行啟動和停機，也可通過就地的緊急停運按扭手動緊急停運。3套空氣壓縮機組自帶控制系統，可聯鎖控制就地啟停、顯示報警、設置壓力等，啟停信號、故障報警遠傳至運行保障控制室。正常運行時空氣壓縮機組為間斷運行。運行中，當供氣總管壓力降到4.1MPa（表壓）時，第1套機組自動啟動；若壓力持續下降，當壓力降到4.0MPa（表壓）時，另外2套機組相繼（延遲10秒）自動啟動；壓力達到4.4MPa（表壓）時，所有機組自動停運。系統閥門操作均為手動操作；供氣總管壓力測量就地指示并設置了低壓報警（3.8MPa），并設置低壓報警；各用戶用氣管道上均設就地壓力指示，以監測用戶的用氣壓力。緊急停堆情況下，2臺中壓儲氣罐可為裝置內用戶提供不少于3min的持續供氣能力。

4 主要設備及材料

空氣壓縮機是一種壓縮氣體、提高氣體壓力的機器，種類很多，按工作原理可分為兩大類：容積型、速度型。在容積型壓縮機中，氣體壓力提高是由于壓縮機中的氣體被壓縮，氣體分子密度增加。而速度型壓縮機中，氣體壓力是由氣體分子的速度轉化而來的，即先使氣體分子得到一個很高速度，然后讓它停下來，使動能轉化為位能，速度轉化為壓力。

由于氣體壓力為中壓，且排氣量較大，調研相關廠家后選擇了活塞式空氣壓縮機。中壓空氣壓縮機組為成橇安裝，集成了空壓機、吸附式干燥器、過濾器及就地控制柜，安裝簡單，控制方便。

中壓空氣壓縮機組（單套）：類型：活塞式空氣壓縮機；額定排氣量8.3Nm3/min，額定排氣壓力4.4MPa（表壓），常壓露點≤-60℃，功率144kW，冷卻方式風冷；尺寸（長×寬×高）：3400×2500×2200mm。

中壓儲氣罐：有效容積5m3，設計壓力5.0MPa，設計溫度64℃；材質Q345R；尺寸：Ф2035×3350mm。系統閥門、管道均選用不銹鋼；中壓儲氣罐選用碳鋼，材質為Q345R。

5 結語

1）壓縮空氣系統設計方案取決于用戶用氣情況，設計時應仔細了解各用戶的用氣情況，包括最大用氣量、用氣壓力、持續時間、用氣頻次、用氣品質、可靠性要求等。

2）執行核安全功能的中壓壓縮空氣系統設計在核工業較為少見，本文通過介紹某工程中壓壓縮空氣系統設計，為其他工程的壓縮空氣系統設計提供了參考。

【參考文獻】

[1]GB50029-2014.壓縮空氣站設計規范[S].

[2]GB/T17569-2013.壓水堆核電廠物項分級[S].

[3]中廣核工程有限公司.壓水堆核電廠核島設計北京[M].北京：原子能出版社，2010.

[責任編輯：田吉捷]